基于云制造概念的车用电池系统的研究.pdf
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1、2023年8月机电技术机电技术基于云制造概念的车用电池系统的研究基于云制造概念的车用电池系统的研究*任 鹏1肖 楠2王 琳2(1.沈阳工程学院 研究生部,辽宁 沈阳 110136;2.沈阳工程学院 机械学院,辽宁 沈阳 110136)摘要为了顺应新能源汽车的发展,给用户提供一个安全、公开透明的交易服务,结合泛在物联网、云制造、大数据以及区块链技术的一些特征,提出一个基于区块链技术成立的云制造平台,利用云制造概念设计车用电池,可以在平台中跟踪电动车电池情况,收集车用电池的数据,便于车用电池的回收,解决了厂家的安全性问题,使用户追溯电池数据更加方便。关键词云制造;区块链;车用电池回收中图分类号:T
2、P311.13;U469.72文献标识码:A文章编号:1672-4801(2023)04-074-05DOI:10.19508/ki.1672-4801.2023.04.022*国家自然科学基金资助项目(62001312);辽宁省科学技术计划项目(20180550827)作者简介:任鹏(1998),男,硕士研究生,主要研究方向为动力机械。通讯作者:肖楠(1980),男,副教授,博士,主要研究方向为动力机械。当下,随着电子信息技术不断发展,传统的数据处理和储存方式已经满足不了日渐广泛的数据传播范围和数据量的激增,“泛在”一词步入人们视野,电子通讯信息数据处理量和数据类型呈几何级增长,数据处理的安
3、全性、高效性、快速性、准确性是必要前提。全球人口逐年增长,环境却不断恶化,能源的消耗也不断增加,资源面临着枯竭,节能减排已是国家长期发展和坚定不移的目标。党的二十大报告提出,“积极稳妥推进碳达峰碳中和”,解决汽车工业发展的能耗问题,大力发展新能源电动汽车、使用清洁能源代替化石能源1,2,已经成为电动汽车行业发展的航标。基于以上背景,本文提出了一种基于云制造概念的车用电池设计方法,可以根据大数据下的云制造平台所提交的数据,基于区块链技术的一些特征,利用其去中心化、透明性、可追溯性、共同维护等特点,实时储存和保护数据的安全,通过数据节点相互传递信息,利用区块链技术独有的安全密钥,进行厂家与用户一对
4、一的设计,制造出独有的车用电池系统。通过云制造平台提供的信息共享平台,实现信息的共享交互功能,厂家可以查找生产出的电池信息,并能够追踪到具体汽车,对电池进行高效、精准回收利用,用户也可以通过申请,查询到自己所使用的车用电池的具体情况。通过以上平台系统,可以有效提高厂家对车用电池数据处理的实时性、安全性、可靠性、高效性,使车主对电池的来源、追溯渠道更加了解,增加了厂家与车主之间的联系,避免了电池数据的不完整和数据的泄露,保障了电池的资源共享效率。1相关理论与技术1.1泛在物联网泛在物联网,顾名思义是指广泛存在的、基于电气领域、能源领域等多领域和多种传感器技术紧密联系构成的物联网,应用于信息处理、
5、信息交互、信息传输、信息储存等各个环节,具有数字化、信息化的理论基础。目前,泛在物联网在起步阶段,2019年,“泛在电力物联网”由国家电网初步提出,其应用技术也在不断发展,对于数据的安全储存和容量、数据技术处理和传播技术、数据真伪和防篡改技术等有了更加严格的要求。将泛在物联网应用于云制造平台系统,对车用电池系统的数据进行采集、处理、储存、溯源等操作,能够提高数据处理的效率,保障数据不被泄露,提高商家与用户间的信息交流量,有效解决了数据量激增和数据安全的问题。1.2云制造理论云制造是数字化、网络化、智能化的制造模式,是先进的信息技术、制造技术以及新兴物联网技术等交叉融合的产品,是制造即服务理念的
6、体现3-5。云制造是希望采取包括云计算在内的当代信息技术前沿理念,支持制造业在广泛的网络资74第4期源环境下,为产品提供附加值、低成本和全球化制造的服务6-8。利用云制造平台,可以融合云计算、泛在物联网、区块链技术等先进理论技术,进行数据的综合化管理、利用,提高了数据传播的快速性、数据处理的安全性和私密性。如今,云制造平台的搭建与使用也趋于广泛,根据用户和商家的不同需求,搭建不同属性的云制造平台来满足各自的要求。云制造平台是现有制造技术和制造能力的集合体,把不同地方的制造资源和制造服务汇集在一起9。作为一站式非标定制工业加工互联网平台,以数字化、大数据、人工智能为基础,打通询盘、报价、下单、生
7、产、质检、验收全过程,针对3D打印、CNC加工、注塑、模具、样品制造等模式,采用云制造模式,通过AI智能报价工具完成自助报价,利用供应智能匹配规则将订单推送给平台企业用户,匹配优质工厂,在线下单,透明生产更高效。提高了零件合格率、设备利用率,降低成本,缩短交付周期。云制造由运营商、资源使用者和资源提供者组成10,三者环环相扣,其信息数据的传递也是如此,如图1所示。C$+6FF:6C$6图1云制造的构成1.3区块链技术区块链技术最开始应用于比特币,其本质是一种去中心化的数据库11,每个人都可以使用计算机去暴力解答,在有一人解答出正确答案后,就会打包形成一个新的区块,接下来去解答这个区块的问题,这
8、些区块组成区块链。因为哈希算法的加密,使得区块链的数据不可篡改,提高数据的可信度12-14,解决了数据的信任问题。其次,区块链技术可为云制造、云平台提供去中心化的数据存储技术,使数据可追溯,提供数据和接受数据的双方可以共同维护数据的储存,大大提高了数据的透明度,同时解决了数据不对称的问题。区块链是以时间为轴生成的一个一个节点模式的区块结构,每个区块都由一个区块头和一个区块体组成15,16。区块头和区块体的结构如图 2所示。(L1,U8&L1,图2区块链结构取区块链中区块N来举例,区块N包括区块头和区块体两部分17,18,区块头包括区块版本号、时间戳、区块 N-1 的哈希数据、区块 N 的哈希数
9、据、默克尔(Merkle)根节点、随机数,区块体则包含交易信息。区块头中区块版本号是指区块需要遵守的验证规则,不同区块高度的验证规则不同19,20。时间戳是指区块生成的时间21,因为区块链是以时间为轴,按时间先后顺序生成,所以时间戳保证了区块链信息的完整度和可信度。区块头中N-1的哈希值和N的哈希值是由哈希加密算法得出,每一个用户都会有一个私钥的字符串,根据私钥的字符串得到一个公钥的字符串与一个地址。私钥是保密的,而公钥与地址是公开的,通过公钥可以对私钥的加密性进行检验,因为私钥自身可以进行加密算法,公钥可以解密。在一个用户发布一个信息时,要通过哈希算法得到一个摘要,再通过自己的私钥进行加密得
10、到一个密码。然后在发布信息的同时公开自己的公钥与加密得到的密码,其他用户就可以对信息进行哈希算法,得到另一个摘要。若得到的两个摘要是相同的就证明这个发布的信息是可信的,若两个摘要不同,则这个信息就不可信。区块头中的默克尔根节点是对每个交易的哈希值进行储存与结合的方法,具体处理方式如图3所示。任鹏 等:基于云制造概念的车用电池系统的研究752023年8月机电技术机电技术U8&,图3默克尔根节点处理示意图假设有6个数据交换得到的哈希值为默克尔根节点的基础数值,因为一个区块只需要得到一个哈希值,所以需要对每次数据交换得到的哈希值进行整合,两两整合形成如上树状图的形式,如果得到的值为奇数的形式,如图3
11、中“45”,则需要重复交易,再次生成一个“45”,凑成偶数的形式进行整合,最终整合成如图 3所示的“01234545”的形式,得到只有一个区块的哈希值。区块头中的随机数是随着区块头中哈希值的改变而不断变化的,是一个32位不断更新的数值。2基于云制造概念的车用系统2.1现有案例案例一:富士通株式会社提出一种新型的称为“Zinrain”的人工智能“EV云”技术,用于检测电动汽车电池的实时情况,把剩余电量实时反馈给用户,避免了用户开车时半路没电情况的发生,除此之外,“Zinrain”还经过高水平、高精度的技术分析,监测电池使用情况、预测电池的使用寿命,提前做好规划,避免了事故的发生。图4所示为装载“
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